(57)【要約】【課題】基板の改質等、ワークの処理などに使用されるプラズマ発生装置において、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とする。【解決手段】マイクロ波発生装置２０で発生されたマイクロ波を導波管１０を介してプラズマ発生ノズル３１へ伝搬するにあたって、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１との間に、可撓性を有する同軸ケーブル３８１を介在する。これによって、前記プラズマ発生ノズル３１部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上でき、そのようなプラズマ発生ノズル３１をロボットアームに搭載して、電子部品Ｗ２によって凹凸を有するワークＷに、均等なプラズマ照射を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルがマイクロ波を受信したエネルギーに基づき、プラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生装置において、
前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記給電部材は同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記導波管において前記同軸ケーブルに対向配置され、該導波管の内周長を変化することによって該導波管のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を備えることを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記導波管には、複数のプラズマ発生ノズルにそれぞれ対応した給電部材が接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を用いることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項６】
前記プラズマ発生ノズルをロボットアームの先端に取付けて成ることを特徴とする請求項５記載のワーク処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板等の被処理ワークなどに対してプラズマを照射することで、前記ワークの表面の清浄化や改質などを図ることが可能なプラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば半導体基板等の被処理ワークに対してプラズマを照射し、その表面の有機汚染物の除去、表面改質、エッチング、薄膜形成または薄膜除去等を行うワーク処理装置が知られている。たとえば特許文献１には、同心状の内側導電体と外側導電体とを有するプラズマ発生ノズルを用い、両導電体間に高周波のパルス電界を印加することで、アーク放電ではなく、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、ガス供給源からの処理ガスを両導電体間で旋回させながら基端側から遊端側へ向かわせることで高密度なプラズマを生成し、前記遊端に取付けられたノズルから被処理ワークに放射することで、常圧下で高密度なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、プラズマ発生ノズルの構造が示されているだけで、実装される電子部品等、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに、どのようにすれば均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができるかが想到し得ないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応することができるワーク処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルがマイクロ波を受信したエネルギーに基づき、プラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生装置において、前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在することを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルが受信したマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するようにしたプラズマ発生装置において、前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、同軸ケーブルなどの可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在する。
【０００７】
したがって、前記プラズマ発生ノズル部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上することで、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができる。
【０００８】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記給電部材は同軸ケーブルであることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、汎用品を使用して、効率良くエネルギー伝達を行うことができる。
【００１０】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置は、前記導波管において前記同軸ケーブルに対向配置され、該導波管の内周長を変化することによって該導波管のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、前記可撓性を有するマイクロ波の給電部材を同軸ケーブルで実現する場合、その同軸ケーブルに対向して、導波管におけるマイクロ波の伝達方向とは直交する断面での内周長を変化することによって該導波管のインピーダンスを調整することができるインピーダンス調整部材を設ける。
【００１２】
したがって、導波管と同軸ケーブルとのインピーダンスのずれを小さくし、マイクロ波の反射や損失を小さくすることができるとともに、同軸ケーブルやプラズマ発生ノズルの交換によるインピーダンスの変化に対応することができる。
【００１３】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記導波管には、複数のプラズマ発生ノズルにそれぞれ対応した給電部材が接続されることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、１つのマイクロ波発生手段で複数のプラズマ発生ノズルを駆動する場合には、導波管の長手方向に、前記給電部材が順次取付けられることになるが、その給電部材で受信されるマイクロ波のエネルギーは、定在波のパターンなどによってばらつく。
【００１５】
したがって、複数のプラズマ発生ノズルのそれぞれに対するバランス調整が可能な本発明は、特に好適である。
【００１６】
さらにまた、本発明のワーク処理装置は、前記のプラズマ発生装置を用いることを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができるワーク処理装置を実現することができる。
【００１８】
また、本発明のワーク処理装置は、前記プラズマ発生ノズルをロボットアームの先端に取付けて成ることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、上述のように小型化で取扱いの自由度が高いプラズマ発生ノズルはロボットアームの先端に取付けるのに好適であり、そのように構成することで、これまでは対応できなかった複雑な形状のワークに対応することができ、またワークを移動させずに処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルが受信したマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するようにしたプラズマ発生装置において、前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、同軸ケーブルなどの可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在する。
【００２１】
それゆえ、前記プラズマ発生ノズル部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上することで、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができる。
【００２２】
また、本発明のワーク処理装置は、以上のように、前記のプラズマ発生装置を用いる。
【００２３】
それゆえ、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができるワーク処理装置を実現することができる。
【００２４】
さらにまた、本発明のワーク処理装置は、前記プラズマ発生ノズルをロボットアームの先端に取付けて成ることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。このワーク処理装置Ｓは、プラズマを発生し、被処理物となるワークＷに前記プラズマを照射するプラズマ発生ノズル３１と、そのプラズマ発生ノズル３１にマイクロ波を与えるマイクロ波発生ユニット１と、前記プラズマ発生ノズル３１を照射台１１０上に載置されたワークＷ上の任意の位置に変位させ、プラズマ照射を実現させるロボットアーム８０と、前記プラズマ発生ノズル３１に処理ガスを供給するガス供給系９０とを備えて構成される。図２は、図１とは視線方向を異ならせたマイクロ波発生装置１の斜視図、図３は一部透視側面図である。なお、図１〜図３において、Ｘ−Ｘ方向を前後方向、Ｙ−Ｙ方向を左右方向、Ｚ−Ｚ方向を上下方向というものとし、−Ｘ方向を前方向、＋Ｘ方向を後方向、−Ｙを左方向、＋Ｙ方向を右方向、−Ｚ方向を下方向、＋Ｚ方向を上方向として説明する。
【００２６】
マイクロ波発生ユニット１は、大略的に、マイクロ波を伝搬させる導波管１０、この導波管１０の一端側（左側）に配置され所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０、導波管１０に設けられたマイクロ波分配部３０、導波管１０の他端側（右側）に配置されマイクロ波を反射させるスライディングショート４０、導波管１０に放出されたマイクロ波のうち反射マイクロ波がマイクロ波発生装置２０に戻らないよう分離するサーキュレータ５０、サーキュレータ５０で分離された反射マイクロ波を吸収するダミーロード６０および導波管１０とマイクロ波分配部３０内の受信アンテナとのインピーダンス整合を図るスタブチューナ７０を備えて構成されている。固定位置に設置される前記照射台１１０上には、基板Ｗ１上に電子部品Ｗ２が実装されて凹凸を有するワークＷが載置される。
【００２７】
導波管１０は、アルミニウム等の非磁性金属から成り、断面矩形の長尺管状を呈し、マイクロ波発生装置２０により発生されたマイクロ波をマイクロ波分配部３０へ向けて、その長手方向に伝搬させるものである。導波管１０は、分割された複数の導波管ピースが互いのフランジ部同士で連結された連結体で構成されており、一端側から順に、マイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１、スタブチューナ７０が組付けられる第２導波管ピース１２およびマイクロ波分配部３０が設けられている第３導波管ピース１３が連結されて成る。なお、第１導波管ピース１１と第２導波管ピース１２との間にはサーキュレータ５０が介在され、第３導波管ピース１３の他端側にはスライディングショート４０が連結されている。
【００２８】
また、第１導波管ピース１１、第２導波管ピース１２および第３導波管ピース１３は、それぞれ金属平板からなる上面板、下面板および２枚の側面板を用いて角筒状に組立てられ、その両端にフランジ板が取付けられて構成されている。なお、このような平板の組み立てによらず、押出し成形や板状部材の折り曲げ加工等により形成された矩形導波管ピースもしくは非分割型の導波管を用いるようにしてもよい。また、断面矩形の導波管に限らず、たとえば断面楕円の導波管を用いることも可能である。さらに、非磁性金属に限らず、導波作用を有する各種の部材で導波管を構成することができる。
【００２９】
マイクロ波発生装置２０は、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波発生源を具備する装置本体部２１と、装置本体部２１で発生されたマイクロ波を導波管１０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナ２２とを備えて構成されている。本実施形態に係るマイクロ波発生ユニット１では、たとえば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生装置２０が好適に用いられる。
【００３０】
図３に示すように、マイクロ波発生装置２０は、装置本体部２１からマイクロ波送信アンテナ２２が突設された形態のものであり、第１導波管ピース１１に載置される態様で固定されている。詳しくは、装置本体部２１が第１導波管ピース１１の上面板１１Ｕに載置され、マイクロ波送信アンテナ２２が上面板１１Ｕに穿設された貫通孔１１１を通して第１導波管ピース１１内部の導波空間１１０に突出する態様で固定されている。このように構成されることで、マイクロ波送信アンテナ２２から放出された、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管１０により、その一端側（左側）から他端側（右側）に向けて伝搬される。
【００３１】
マイクロ波分配部３０は、第３導波管ピース１３の上面板１３Ｕに、左右方向へ一列に整列して突設された４個の受信アンテナ３８に、下面板１３Ｂにおいて、前記受信アンテナ３８と対向配置されるインピーダンス調整部材３９を具備して構成されている。なお、４個の受信アンテナ３８の配列間隔は、導波管１０内を伝搬させるマイクロ波の波長λＧに応じて定めることが望ましい。たとえば、波長λＧの１／２ピッチ、１／４ピッチで受信アンテナ３８を配列することが望ましく、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合は、λＧ＝２３０ｍｍであるので、１１５ｍｍ（λＧ／２）ピッチ、或いは５７．５ｍｍ（λＧ／４）ピッチで受信アンテナ３８を配列すればよい。この受信アンテナ３８は、可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材である同軸ケーブル３８１を介して、前記プラズマ発生ノズル３１に接続される。
【００３２】
図４は、図１の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。マイクロ波分配部３０において、受信アンテナ３８の部分には、前記第３導波管ピース１３の上面板１３Ｕに接栓１３１が取付けられており、前記同軸ケーブル３８１は、その一端に取付けられた接栓３８２がこの接栓１３１に螺着されることで給電が可能になる。これらの同軸ケーブル３８１および接栓３８２には、汎用品を使用することができる。前記同軸ケーブル３８１の内導体３８１１は、前記接栓１３１から第３導波管ピース１３の導波空間１３０内に入り込み、前記受信アンテナ３８となる。この同軸ケーブル３８１の外導体３８１２は、前記接栓３８２，１３１から第３導波管ピース１３を介して、アース電位に接続される。なお、受信アンテナ３８には、同軸ケーブル３８１の内導体３８１１とは別の部材が用いられ、前記接栓１３１内で、それらが電気的に接続されるよう入力してもよい。
【００３３】
第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂには、前記受信アンテナ３８と対向して、マイクロ波の伝搬方向を長手方向とする長方形の孔１３２が形成されており、この孔１３２から、前記導波空間１３０内に、前記インピーダンス調整部材３９が出没可能となっている。インピーダンス調整部材３９は、図３で示すように、マイクロ波の伝搬方向の断面が大略的に山形となっており、その頂部には、図４で示すように、前記受信アンテナ３８の先端部３８０が摺接して嵌り込む孔３９０が形成されている。このインピーダンス調整部材３９は、前記第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂの一部を成すもので、同様の非磁性金属から成る。そして、孔３９０に受信アンテナ３８の先端部３８０が上述のように摺接して嵌り込むことで、それらの間に放電が生じることなく、上述のような高周波のマイクロ波を受信アンテナ３８で受信可能となっている。
【００３４】
また、マイクロ波分配部３０において、受信アンテナ３８の部分には、前記第３導波管ピース１３の一方の側面板１３Ｈに、前記インピーダンス調整部材３９を前記導波空間１３０内に出没させる変位手段３９１が設けられている。前記変位手段３９１は、前記第３導波管ピース１３の側面板１３Ｈに取付けられる基体３９２と、前記インピーダンス調整部材３９が取付けられる移動部材３９３と、前記移動部材３９３を昇降させる昇降機構３９５とを備えて構成される。
【００３５】
昇降機構３９５は、モータ３９５１と、前記モータ３９５１の出力軸３９５２に固着されるウォームギア３９５３と、前記ウォームギア３９５３が外歯に噛合するギア３９５４と、一端が前記移動部材３９３に固着され、他端側が前記ギア３９５４の内歯に噛合するボールねじ３９５５とを備えて構成される。これらの昇降機構３９５は、前記基体３９１から成るギアボックスに収納され、モータ３９５１が回転することで、前記移動部材３９３、したがってインピーダンス調整部材３９が昇降変位する。この昇降機構３９５には、リニアモータやエアシリンダなどの他の構成が用いられてもよい。
【００３６】
ロボットアーム８０は、前記照射台１１０を囲んで設置される基台８０１と、その基台８０１に基端が連結されるアーム８０２と、アーム８０２の遊端に取付けられるヘッド８０３とを備えて構成される。前記基台８０１からアーム８０２およびヘッド８０３の内側或いは外側には、それらアーム８０２やヘッド８０３を駆動変位させる駆動ラインやセンシングラインとは別に、前記同軸ケーブル３８１およびガス供給系９０におけるガス供給管９１が敷設されている。前記アーム８０２およびヘッド８０３は、任意の自由度を有し、前記プラズマ発生ノズル３１を照射台１１０上の任意の位置に変位させることができるようになっている。
【００３７】
図５は、プラズマ発生ノズル３１を拡大して示す図である。このプラズマ発生ノズル３１は、マイクロ波を利用し、前述の特許文献１と同様に常温常圧でのプラズマ発生が可能なノズルである。このプラズマ発生ノズル３１は、内側電極である中心導電体３２と、外側電極であるノズル本体３３およびノズルホルダ３４と、シール部材３５と、保護管３６と、ガスシールリング３７とを備えて構成される。
【００３８】
中心導電体３２は、銅、アルミ、真鍮などの良導電性の金属から構成され、φ１〜５ｍｍ程度の棒状部材から成り、その上端部３２１が前記ヘッド８０３に設けられた接栓８０４において、板ばね状の内側導体となり、前記同軸ケーブル３８１の他端に取付けられた接栓３８３がこの接栓８０４に螺着されることで、内導体３８１１と電気的に導通し、前記マイクロ波の給電が可能になる。前記同軸ケーブル３８１の外導体３８１は、前記接栓３８３から接栓８０４を介して、ノズルホルダ３４からノズル本体３３と電気的に導通し、したがってノズル本体３３は前記アース電位となる。
【００３９】
前記中心導電体３２の下端部３２２は、その先端３２２１がノズル本体３３の下端縁３３１と略面一になるように、上下方向に配置されている。当該中心導電体３２はまた、長さ方向略中間部において、シール部材３５により保持されている。
【００４０】
ノズル本体３３は、良導電性の金属から構成され、中心導電体３２を収納する筒状空間３３２を有する筒状体である。また、ノズルホルダ３４も良導電性の金属から構成され、ノズル本体３３を保持する比較的大径の下部保持空間３４１と、シール部材３５を保持する比較的小径の上部保持空間３４２とを有する筒状体である。一方、シール部材３５は、テフロン（登録商標）等の耐熱性樹脂材料やセラミック等の絶縁性部材から成り、前記中心導電体３２を固定的に保持する保持孔３５１をその中心軸上に備える筒状体から成る。
【００４１】
ノズル本体３３は、上方から順に、ノズルホルダ３４の下部保持空間３４１に嵌合される上側胴部３３Ｕと、後述するガスシールリング３７を保持するための環状凹部３３Ｓと、環状に突設されたフランジ部３３Ｆと、ノズルホルダ３４から突出する下側胴部３３Ｂとを具備している。また、上側胴部３３Ｕには、所定の処理ガスを前記筒状空間３３２へ供給させるための連通孔３３３が穿孔されている。
【００４２】
このノズル本体３３は、中心導電体３２の周囲に配置された外部導電体として機能するもので、中心導電体３２は所定の環状空間Ｈ（絶縁間隔）が周囲に確保された状態で筒状空間３３２の中心軸上に挿通されている。ノズル本体３３は、上側胴部３３Ｕの外周部がノズルホルダ３４の下部保持空間３４１の内周壁と接触し、またフランジ部３３Ｆの上端面がノズルホルダ３４の下端縁３４３と接触するようにノズルホルダ３４に嵌合されている。なお、ノズル本体３３は、たとえばプランジャやセットビス等を用いて、ノズルホルダ３４に対して着脱自在な固定構造で装着されることが望ましい。
【００４３】
ノズルホルダ３４は、前記ヘッド８０３に穿孔された貫通孔８０５に密嵌合される上側胴部３４Ｕと、前記ヘッド８０３から下方向に延出する下側胴部３４Ｂとを備えている。下側胴部３４Ｂの外周には、処理ガスを前記環状空間Ｈに供給するためのガス供給孔３４４が穿孔されている。図示は省略しているが、このガス供給孔３４４には、所定の処理ガスを供給する前記ガス供給管９１の終端部が接続するための管継手等が取り付けられる。かかるガス供給孔３４４と、ノズル本体３３の連通孔３３３とは、ノズル本体３３がノズルホルダ３４への定位置嵌合された場合に互いに連通状態となるように、各々位置設定されている。なお、ガス供給孔３４４と連通孔３３３との突き合わせ部からのガス漏洩を抑止するために、ノズル本体３３とノズルホルダ３４との間にはガスシールリング３７が介在されている。このノズルホルダ３４の上側胴部３４Ｕにおいて、前記上部保持空間３４２よりも上部側に、前記接栓８０４が形成される。
【００４４】
これらガス供給孔３４４および連通孔３３３は、周方向に等間隔に複数穿孔されていてもよく、また中心へ向けて半径方向に穿孔されるのではなく、前述の特許文献１のように、処理ガスを旋回させるように、前記筒状空間３３２の外周面の接線方向に穿孔されてもよい。また、ガス供給孔３４４および連通孔３３３は、中心導電体３２に対して垂直ではなく、処理ガスの流れを良くするために、上端部３２１側から下端部３２２側へ斜めに穿設されてもよい。
【００４５】
シール部材３５は、その下端縁３５２がノズル本体３３の上端縁３３４と当接し、その上端縁３５３がノズルホルダ３４の上端係止部３４５と当接する態様で、ノズルホルダ３４の上部保持空間３４２に保持されている。すなわち、上部保持空間３４２に中心導電体３２を支持した状態のシール部材３５が嵌合され、ノズル本体３３の上端縁３３４でその下端縁３５２が押圧されるようにして組付けられているものである。
【００４６】
保護管３６は、所定長さの石英ガラスパイプ等から成り、ノズル本体３３の筒状空間３３２の内径に略等しい外径を有する。この保護管３６は、ノズル本体３３の下端縁３３１での異常放電（アーキング）を防止して、後述するプルームＰを正常に放射させる機能を有しており、その一部がノズル本体３３の下端縁３３１から突出するように、前記筒状空間３３２に内挿されている。なお、保護管３６は、その先端部が下端縁３３１と一致するように、或いは下端縁３３１よりも内側へ入り込むように、その全体が筒状空間３３２に収納されていてもよい。
【００４７】
プラズマ発生ノズル３１は上記のように構成されている結果、ノズル本体３３、ノズルホルダ３４、同軸ケーブル３８１の外側導体３８１２および導波管１０は導通状態（同電位）とされている一方で、中心導電体３２は絶縁性のシール部材３５で支持されていることから、これらの部材とは電気的に絶縁されている。したがって、前記図４に示すように、導波管１０がアース電位とされた状態で、受信アンテナ３８でマイクロ波が受信され、同軸ケーブル３８１の内側導体３８１１から中心導電体３２にマイクロ波電力が給電されると、その下端部３２２およびノズル本体３３の下端縁３３１の近傍に電界集中部が形成されるようになる。
【００４８】
かかる状態で、ガス供給孔３４４から、たとえば酸素ガスや空気のような酸素系の処理ガスが環状空間Ｈへ供給されると、前記マイクロ波電力により処理ガスが励起されて中心導電体３２の下端部３２２付近においてプラズマ（電離気体）が発生する。このプラズマは、電子温度が数万度であるものの、ガス温度は外界温度に近い反応性プラズマ（中性分子が示すガス温度に比較して、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であって、常圧下で発生するプラズマである。
【００４９】
このようにしてプラズマ化された処理ガスは、ガス供給孔３４４から与えられるガス流によりプルームＰとしてノズル本体３３の下端縁３３１から放射される。このプルームＰにはラジカルが含まれ、たとえば処理ガスとして酸素系ガスを使用すると酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用、レジスト除去作用等を有するプルームＰとすることができる。
【００５０】
因みに、処理ガスとしてアルゴンガスのような不活性ガスや窒素ガスを用いれば、各種基板の表面クリーニングや表面改質を行うことができる。また、フッ素を含有する化合物ガスを用いれば基板表面を撥水性表面に改質することができ、親水基を含む化合物ガスを用いることで基板表面を親水性表面に改質することができる。さらに、金属元素を含む化合物ガスを用いれば、基板上に金属薄膜層を形成することができる。
【００５１】
スライディングショート４０は、各々の受信アンテナ３８と、導波管１０の内部を伝搬されるマイクロ波との結合状態を最適化するために備えられているもので、マイクロ波の反射位置を変化させて定在波パターンを調整可能とするべく第３導波管ピース１３の右側端部に連結されている。したがって、定在波を利用しない場合は、当該スライディングショート４０に代えて、電波吸収作用を有するダミーロードが取付けられる。
【００５２】
図６は、スライディングショート４０の内部構造を示す透視斜視図である。図６に示すように、スライディングショート４０は、導波管１０と同様な断面矩形の筐体構造を備えており、導波管１０と同じ材料で構成された中空空間４１０を有する筐体部４１と、前記中空空間４１０内に収納された円柱状の反射ブロック４２と、反射ブロック４２の基端部に一体的に取り付けられ前記中空空間４１０内を左右方向に摺動する矩形ブロック４３と、この矩形ブロック４３に組付けられた移動機構４４と、反射ブロック４２にシャフト４５を介して直結されている調整ノブ４６とを備えている。
【００５３】
反射ブロック４２は、マイクロ波の反射面となる先端面４２１が第３導波管ピース１３の導波空間１３０に対向するよう左右方向に延在する円柱体である。この反射ブロック４２は、矩形ブロック４３と同様な角柱状を呈していてもよい。前記移動機構４４は、調整ノブ４６の回転操作により、矩形ブロック４３およびこれと一体化された反射ブロック４２を左右方向に推進若しくは後退させる機構であって、調整ノブ４６を回転させることで反射ブロック４２が中空空間４１０内において矩形ブロック４３にてガイドされつつ左右方向に移動可能とされている。かかる反射ブロック４２の移動による先端面４２１の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。なお、調整ノブ４６の回転操作を、ステッピングモータ等を用いて自動化することが望ましい。
【００５４】
サーキュレータ５０は、たとえばフェライト柱を内蔵する導波管型の３ポートサーキュレータからなり、一旦はマイクロ波分配部３０へ向けて伝搬されたマイクロ波のうち、マイクロ波分配部３０で電力消費されずに戻って来る反射マイクロ波を、マイクロ波発生装置２０に戻さずダミーロード６０へ向かわせるものである。このようなサーキュレータ５０を配置することで、マイクロ波発生装置２０が反射マイクロ波によって過熱状態となることが防止される。
【００５５】
図７は、サーキュレータ５０の作用を説明するためのマイクロ波発生ユニット１の上面図である。図示するように、サーキュレータ５０の第１ポート５１には第１導波管ピース１１が、第２ポート５２には第２導波管ピース１２が、さらに第３ポート５３にはダミーロード６０がそれぞれ接続されている。そして、マイクロ波発生装置２０のマイクロ波送信アンテナ２２から発生されたマイクロ波は、矢印ａで示すように第１ポート５１から第２ポート５２を経由して第２導波管ピース１２へ向かう。これに対して、第２導波管ピース１２側から入射する反射マイクロ波は、矢印ｂで示すように、第２ポート５２から第３ポート５３へ向かうよう偏向され、ダミーロード６０へ入射される。
【００５６】
ダミーロード６０は、上述の反射マイクロ波を吸収して熱に変換する水冷型（空冷型でも良い）の電波吸収体である。このダミーロード６０には、冷却水を内部に流通させるための冷却水流通口６１が設けられており、反射マイクロ波を熱変換することにより発生した熱が前記冷却水に熱交換されるようになっている。
【００５７】
スタブチューナ７０は、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンス整合を図るためのもので、第２導波管ピース１２の上面板１２Ｕに所定間隔を置いて直列配置された３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃを備えている。図８は、スタブチューナ７０の設置状況を示す透視側面図である。図示するように、３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃは同一構造を備えており、第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１と、該スタブ７１に直結された操作棒７２と、スタブ７１を上下方向に出没動作させるための移動機構７３と、これら機構を保持する外套７４とから構成されている。
【００５８】
スタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃに各々備えられているスタブ７１は、その導波空間１２０への突出長が各操作棒７２により独立して調整可能とされている。これらスタブ７１の突出長は、たとえばマイクロ波電力パワーをモニタしつつ、中心導電体３２による消費電力が最大となるポイント（反射マイクロ波が最小になるポイント）を探索することで決定される。なお、このようなインピーダンス整合は、必要に応じてスライディングショート４０と連動させて実行される。このスタブチューナ７０の操作も、ステッピングモータ等を用いて自動化することが望ましい。
【００５９】
次に、本実施形態に係るワーク処理装置Ｓの電気的構成について説明する。図９は、ワーク処理装置Ｓの制御系を示すブロック図である。この制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１０１およびその周辺回路等から成る全体制御部１００と、出力インタフェイスや駆動回路等から成るマイクロ波出力制御部１０４、ガス流量制御部１０５およびアーム制御部１０６と、表示手段や操作パネル等から成り、前記全体制御部１００に対して所定の操作信号を与える操作部１０７と、入力インタフェイスやアナログ／デジタル変換器等から成るセンサ入力部１０８，１０９とを備えて構成される。
【００６０】
マイクロ波出力制御部１０４は、マイクロ波発生装置２０から出力されるマイクロ波のＯＮ−ＯＦＦ制御、出力強度制御を行うもので、前記２．４５ＧＨｚのパルス信号を生成してマイクロ波発生装置２０の装置本体部２１によるマイクロ波発生の動作制御を行う。ガス流量制御部１０５は、各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２と各プラズマ発生ノズル３１との間を接続する前記ガス供給管９１に設けられた流量制御弁９３の開閉制御乃至は開度調整をそれぞれ行う。アーム制御部１０６は、前記ロボットアーム８０の動作制御を行う。
【００６１】
全体制御部１００は、当該ワーク処理装置Ｓの全体的な動作制御を司るもので、操作部１０７から与えられる操作信号に応じて、センサ入力部１０８から入力される流量センサ９４の測定結果、センサ入力部１０９から入力されるロボットアーム８０のエンコーダやポテンションメータなどの検出結果等をモニタし、上記マイクロ波出力制御部１０４、ガス流量制御部１０５およびアーム制御部１０６を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。
【００６２】
具体的には、前記ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２に予め格納されている制御プログラムに基づいて、ロボットアーム８０の移動を開始させてプラズマ発生ノズル３１をワークＷ上の照射位置へ導き、所定流量の処理ガスを各プラズマ発生ノズル３１へ供給させつつマイクロ波電力を与えてプラズマ（プルームＰ）を発生させ、ロボットアーム８０を移動しながらその表面にプルームＰを放射させるものである。これにより、凹凸の激しい１または複数のワークＷを連続的に処理する。
【００６３】
このとき、前記ＣＰＵ１０１は、ティーチングや設計図面データなどから、メモリ１０３に予め格納されているワークＷの各位置における高さおよびロボットアーム８０内のセンサによって検出されるプラズマ発生ノズル３１の位置および高さをモニタしており、ロボットアーム８０を駆動して、次の照射位置およびその位置に対応した高さに、プラズマ発生ノズル３１を移動させてゆく。
【００６４】
以上説明したワーク処理装置Ｓによれば、マイクロ波発生装置２０で発生されたマイクロ波を導波管１０を介してプラズマ発生ノズル３１へ伝搬するにあたって、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１との間に、可撓性を有する同軸ケーブル３８１を介在するので、前記プラズマ発生ノズル３１部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上することで、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークＷに対応可能とすることができる。
【００６５】
また、そのような小型化（たとえば５００ｇ以下）で取扱いの自由度が高いプラズマ発生ノズル３１を利用して、ロボットアーム８０の先端に取付けてワーク処理装置Ｓを構成するので、これまでは対応できなかった複雑な形状のワークＷに対応することができ、またワークＷを移動させずに処理を行うことができる。
【００６６】
なお、前記特許文献１にも、給電線として同軸ケーブルを使用することが記載されているが、本発明のような導波管と組合わせたものではなく、同軸ケーブル単体である。ここで、プラズマ発生ノズル３１において、プラズマ（プルームＰ）点灯（着火）時に、マイクロ波が与えられてから、実際に点灯（着火）するまでの間は、与えられたマイクロ波は、該プラズマ発生ノズル３１の先端で反射することになる。そこで、特許文献１のように同軸ケーブルを介してマイクロ波発生装置に直接接続されていると、その反射波がマイクロ波発生装置に入射されてしまうのに対して、本発明のように導波管１０が介在されていると、反射されたマイクロ波はダミーロード６０などで消費され、マイクロ波発生装置２０に戻らなくなる。これによって、プラズマ発生ユニットＰＵの長寿命化を図ることができる。
【００６７】
さらにまた、本実施の形態のワーク処理装置Ｓでは、前記導波管１０において、前記同軸ケーブル３８１に対向して、該導波管１０の内周長Ｌ（図４参照）を変化することによって該導波管１０のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材３９を設けるので、導波管１０と同軸ケーブル３８１とのインピーダンスのずれを小さくし、マイクロ波の反射や損失を小さくすることができるとともに、同軸ケーブル３８１やプラズマ発生ノズル３１の交換によるインピーダンスの変化に対応することができる。具体的には、同軸ケーブル３８１では、太さ、長さ、材質などの変更であり、プラズマ発生ノズル３１では、中心導電体３２の外径、ノズル本体３３の内径、それらの材質の変更などであり、それらの変更に対応して、インピーダンスを小さくする場合には、前記内周長Ｌを長く、すなわちインピーダンス調整部材３９を導波空間１３０へ突出させるように、昇降機構３９５のモータ３９５１を駆動すればよい。インピーダンスがマッチングしているか否は、プラズマ（プルームＰ）が点灯しているか否か、またはプラズマ発生ノズル３１で消費されたマイクロ波エネルギーなどから判定することができる。
【００６８】
なお、前記インピーダンス調整部材３９は、マイクロ波の伝搬方向に対してスロープ状に形成されていなくてもよく、単に前記第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂの一部が上下するだけでも、前記内周長Ｌを変化することができる。しかしながら、スロープ状に形成することで、端面での反射や吸収を抑えることができる。
【００６９】
さらにまた、本実施の形態のワーク処理装置Ｓでは、前記導波管１０には、１つのマイクロ波発生装置２０で複数のプラズマ発生ノズル３１を駆動するために、導波管１０の長手方向に同軸ケーブル３８１が順次取付けられるので、対応する受信アンテナ３８で受信されるマイクロ波のエネルギーは定在波のパターンなどによってばらつくのに対して、上述のようにインピーダンス調整部材３９によってバランス調整を可能とすることは、特に好適である。
【００７０】
以上、本発明の一実施形態に係るワーク処理装置Ｓについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば下記の実施形態を取ることができる。
（１）上記実施形態では、マイクロ波発生源として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロンを例示したが、マグネトロン以外の各種高周波電源も使用可能であり、また２．４５ＧＨｚとは異なる波長のマイクロ波を用いるようにしてもよい。
（２）導波管１０内におけるマイクロ波電力を測定するために、パワーメータを導波管１０の適所に設置することが望ましい。たとえば、マイクロ波発生装置２０のマイクロ波送信アンテナ２２から放出されたマイクロ波電力に対する反射マイクロ波電力の比を知見するために、サーキュレータ５０と第２導波管ピース１２との間に、パワーメータを内蔵する導波管を介在させるようにすることができる。
（３）ロボットアーム８０の駆動にあたっては、上述のようにティーチングや設計図面データなどから、ワークＷのジオメトリーデータ、すなわち電子部品Ｗ２の位置や高さの地図情報をメモリ１０３に予め定め記憶しておくのではなく、接触または非接触で次の照射位置における電子部品Ｗ２の高さを計測しつつ、ロボットアーム８０を駆動するようにしてもよい。
（４）上記実施形態では、インピーダンス調整部材３９を導波空間１３０内に出没させることで、前記同軸ケーブル３８１やプラズマ発生ノズル３１の交換によるインピーダンスの変化に対応しているけれども、たとえば図１０で示すように、第３導波管ピース１３’の下面板１３Ｂ’の略全長に亘って、山形を成す隆起１３５が形成され、インピーダンス調整部材とされてもよい。この場合、複数の接栓１３１の内、インピーダンスに適合するものに同軸ケーブル３８１が接続されればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係るワーク処理装置およびプラズマ発生装置は、半導体ウェハ等の半導体基板に対するエッチング処理装置や成膜装置、プラズマディスプレイパネル等のガラス基板やプリント基板の清浄化処理装置、医療機器等に対する滅菌処理装置、タンパク質の分解装置等に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るワーク処理装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１とは視線方向を異ならせたマイクロ波発生装置の斜視図である。
【図３】ワーク処理装置の一部透視側面図である。
【図４】図１の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図５】プラズマ発生ノズルを拡大して示す図である。
【図６】スライディングショートの内部構造を示す透視斜視図である。
【図７】サーキュレータの作用を説明するためのマイクロ波発生ユニットの上面図である。
【図８】スタブチューナの設置状況を示す透視側面図である。
【図９】ワーク処理装置の制御系を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態に係るインピーダンス調整の手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    マイクロ波発生ユニット
１０    導波管
１３    第３導波管ピース
１３０  導波空間
１３１，３８２，３８３，８０４    接栓
２０    マイクロ波発生装置（マイクロ波発生手段）
３０    マイクロ波分配部
３１    プラズマ発生ノズル
３２    中心導電体
３３    ノズル本体
３４    ノズルホルダ
３４４  ガス供給孔
３８    受信アンテナ
３８１  同軸ケーブル
３８１１    内導体
３８１２    外導体
３９    インピーダンス調整部材
３９１  変位手段
３９３  移動部材
３９５  昇降機構
３９５１    モータ
４０    スライディングショート
５０    サーキュレータ
６０    ダミーロード
７０    スタブチューナ
８０    ロボットアーム
８０１  基台
８０２  アーム
８０３  ヘッド
９０    ガス供給系
９１    ガス供給管
１００  全体制御部
１０１  ＣＰＵ
１０２，１０３  メモリ
１０４  マイクロ波出力制御部
１０５  ガス流量制御部
１０６  アーム制御部
１０７  操作部
１０８，１０９    センサ入力部
１１０  照射台
Ｓ    ワーク処理装置
Ｗ    ワーク
Ｗ１    基板
Ｗ２    電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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